No Gráfico 10 é ilustrado o comportamento do calor integral de dessorção (Qst), em função do conteúdo de umidade das sementes de linhaça. Observa-se uma diminuição de Qst
104 com o aumento de Xeq (% bs) até valores próximos ao calor latente de vaporização da água pura (Vap= 42,59 kJ/mol).
Gráfico 10. Calor Isostérico de sorção em função do conteúdo de umidade de equilíbrio para a dessorção da semente de linhaça.
Este comportamento pode ser explicado, pois para alto conteúdo de umidade ocorre à saturação dos sítios de sorção e as moléculas de água passam a unir-se a superfície das partículas por tensão superficial ao invés do processo por adsorção física. Indicando também que para remover umidade até valores próximos ao conteúdo de umidade da monocamada (Xm) há a necessidade de um dispêndio de energia acima do calor latente de vaporização da água pura. Resultados semelhantes para a entalpia diferencial foram obtidos para sementes de melão (AVIARA e AJIBOLA, 2002), sementes de melancia (WANI et al.; 2006), sementes de pinhão (CLADERA-OLIVERA et al.; 2008), sementes de jambu (COSTA, 2010).
Segundo McMinn e Magee (2003), o conhecimento da magnitude do calor isostérico de sorção, para um dado conteúdo de umidade, fornece uma indicação do estado da água que está sorvida no produto, além de servir como medida da estabilidade física, química e/ou biológica do alimento em condições específicas de armazenamento.
Os valores dos calores isostérico integral de dessorção, para as sementes de linhaça, na faixa de conteúdo de umidade de equilíbrio de 2 a 10 % bs, variou de 104,17 a 47,24 kJ/mol, respectivamente. Este resultado mostrou que a energia necessária à remoção de umidade para valores abaixo do conteúdo da monocamada (3,78 % bs) é superior a energia liberada na adsorção de umidade no produto para os mesmos valores de umidade.
105 A Equação 4.1 representa o modelo matemático para os valores experimentais do calor isostérico integral de dessorção (Qst), em kJ/mol, em função do conteúdo de umidade de equilíbrio X (% bs). Observa-se que a equação utilizada se mostrou satisfatória na descrição do fenômeno, apresentando elevada significância dos seus parâmetros e do coeficiente de determinação R2 de 99,33%.
Qst = 42,59 + 127,07 exp (−0,3547X) (4.1)
4.2.2.2. Entropia Diferencial
Os resultados para a entropia diferencial (Sd) para a dessorção de umidade de semente de linhaça, estão esquematizados no Gráfico 11, que ilustra um aumento de Sd (kJ/mol.K) em função de Xeq (% bs), ou seja, esta propriedade termodinâmica aumenta exponencialmente com o acréscimo do conteúdo de umidade de equilíbrio, indicando o estado de mobilidade das moléculas de água no produto. Rizvi (2005) afirma que este comportamento está associado ao fato que em valores mais baixos de umidade, a moléculas de água estão fortemente ligadas à superfície do sorbato e, portanto, têm baixo grau de liberdade resultando em baixa entropia de sorção. Já em altos valores de conteúdos de umidade, as moléculas de água são sorvidas em multicamadas proporcionando assim maior liberdade configuracional as mesmas e favorecendo a desordem do sistema, conseqüentemente aumentando a entropia de sorção.
Gráfico 11. Entropia diferencial de dessorção em função do conteúdo de umidade de equilíbrio para as sementes de linhaça.
106 Al-Muhtaseb et al. (2004), afirmam também que a entropia diferencial de um alimento é proporcional o número de sítios de adsorção disponíveis em um determinado nível de energia e conforme ocorre a adsorção por parte do produto, os sítios ativos são sendo ocupados pelas moléculas de água, sendo que as entropias associadas aos sítios que ainda estão livres tornam-se cada vez menor.
O calculo deste tipo de energia é importante, uma vez que associada à entropia diferencial de dessorção resulta em energia livre Gibbs que é uma função termodinâmica de estado e representa a quantidade máxima de energia liberada em um processo a temperatura e pressão constante.
A Equação 4.2 representa a descrição matemática para os valores experimentais da entropia diferencial para as sementes de linhaça, em função do conteúdo de umidade de equilíbrio, com R2 de 98,82 % demonstrando a excelência do modelo proposto.
S = −0,3172 exp (−0,3582X) (4.2)
4.2.2.3. Teoria da Compensação Entalpia-Entropia
A teoria da compensação entalpia-entropia ou teoria isocinética propõe a existência de uma relação linear entre a entalpia e entropia para produtos submetidos ao processo de sorção de água. No Gráfico 12 é mostrado a correlação linear entre qst e Sd,, para o processo de dessorção das sementes de linhaça, cujo R2 foi de 99,91 %, indicando a existência da compensação química entre estes parâmetros termodinâmicos. A Equação 4.3 descreve a relação da regressão linear entre entalpia-entropia.
107 Gráfico 12. Correlação entre entalpia diferencial (qst) e entropia diferencial (Sd) de dessorção
para as sementes de linhaça
A temperatura média harmônica calculada com base na Equação 2.31 foi de 332,41 K e o coeficiente angular da Equação 2.30 correspondente à temperatura isocinética (TB) foi de 394,29 K. Esta temperatura é maior que a média harmônica (TB Thm) confirmando a compensação linear (KRUG et al.;1976), indica que o processo de dessorção de umidade das sementes de linhaça é controlado pela entalpia. Resultados semelhantes foram obtidos por diversos pesquisadores (OLIVEIRA et al.; 2009; ASCHERI et al.; 2009; SHARMA et al.; 2009; COSTA, 2010).
Do ponto de vista termodinâmico, a energia livre de Gibbs é um parâmetro indicativo da afinidade entre o alimento e a água, pois fornece informação sobre a espontaneidade (G 0) ou não-espontaneidade (G 0 ) do processo de sorção .
O valor estimado para a energia livre de Gibbs para o processo de dessorção de umidade das sementes de linhaça, cujo valor corresponde ao termo independente da Equação 2.30 foi de -0,182 kJ/mol. Segundo o ponto de vista termodinâmico, estes resultados (G 0) indica que, para sementes de linhaça o processo de dessorção de água ocorre espontaneamente.
108 4.3. ANÁLISE DA FLUIDODINÂMICA DAS SEMENTES DE LINHAÇA
As curvas fluidodinâmicas das sementes de linhaça foram obtidas experimentalmente para as cargas de 300, 400 e 500g, na temperatura ambiente 26 °C, objetivando estimar a velocidade de mínima fluidização e avaliar a carga ideal de sementes para cada corrida experimental de modo a manter as condições fluidodinâmicas estáveis. As curvas foram determinadas avaliando-se a evolução da queda de pressão no leito em função da velocidade do gás e a velocidade de mínima fluidização (Uf) estimada a partir do ponto de inflexão na
curva à velocidade de crescente (Richardson, 1971).
O Gráfico 13 descreve o comportamento fluidodinâmico das sementes de linhaça para as três diferentes cargas, observa-se que para todas as cargas analisadas é encontrado comportamento típico de uma curva de leito fluidizado conforme descrito em Kunii e Levenspiel (1991). No Apêndice C apresenta os dados para obtenção das curvas fluidodinâmica para as três cargas em estudo.
Gráfico13. Influência da carga na fluidodinâmica da semente de linhaça
A partir da análise da Tabela 19 é possível observar que a variação na velocidade de mínima fluidização apresenta um valor médio de 0,55 ± 0,01 m/s, indicando que o aumento das cargas de partículas exerce pouca ou quase nenhuma influencia sobre a velocidade de mínima fluidização, estando este resultado concordando com a literatura (GELDART, 1986).
109 A Tabela 19 apresenta os resultados experimentais e obtidos através de correlações da literatura para a velocidade de mínima fluidização, com as 3 diferentes cargas estudadas, para as sementes de linhaça, assim também como os respectivos desvios.
Tabela 19. Velocidade de mínima fluidização experimental e calculada por correlações da literatura para as sementes de linhaça
Carga (g)
Umf
Exp. (m/s)
Correlação para Umf (m/s) Desvio Relativo (%)
Eq.
3.6 Eq. 3.7 Eq. 3.8 Eq. 3.9 3.10 Eq. Eq. 3.6 Eq. 3.7 Eq. 3.8 Eq. 3.9 3.10 Eq. 300 0,57 0,55 0,60 0,71 0,81 0,21 3,51 5,26 24,56 43,93 61,5 400 0,56 0,55 0,60 0,71 0,81 0,21 1,78 7,14 26,78 46,25 60,3 500 0,56 0,55 0,60 0,71 0,81 0,21 1,78 7,14 26,78 49,72 59,0
É possível observar na Tabela 19 que entre as correlações da literatura avaliada os modelos de Wen e Yu (1966) e Grece et al. (1992), representadas pelas Equações 3.6 e 3.7, respectivamente, apresentaram desvios menores que 10 %, para todas as massas de sementes, indicando que esses modelos descrevem satisfatoriamente os dados experimentais para velocidade de mínima fluidização.
Na Tabela 20 são sumarizados os parâmetros fluidodinâmicos obtidos em função das diferentes cargas avaliadas, onde se observa que a queda de pressão e a altura de mínima fluidização apresentaram comportamento diretamente proporcional a carga de sementes, o que era esperado já que a queda de pressão é proporcional ao peso de sólidos dividido pela área da seção transversal da coluna. Já a expansão e a porosidade do leito de sementes reduziram com o aumento das cargas de sementes, resultados semelhantes foram obtidos por Silva (2000) e Costa (2010) no estudo da fluidodinâmica de celulose microcristalina e sementes de jambu em leito fluidizado, respectivamente.
Tabela 20. Parâmetros fluidodinâmicos para as diferentes cargas Carga (g) Umf (m/s) εmf (adim.) ∆Pmf (Pa) Hmf (cm) E (%)
300 0,57 0,37 168,56 2,2 10
400 0,56 0,29 196,32 3,4 9,0
110 O Gráfico 14 ilustra uma curva típica de fluidização de sementes de linhaça para a carga de 400 g, demonstrado comportamento estável durante todo o processo de fluidização, ou seja, durante as etapas de velocidade crescente e decrescente de fluidização. Diante deste fator e também por fatores econômicos optou-se por realizar corridas de secagem com carga de sementes de 400 g.
Gráfico 14. Comportamento fluidodinâmico de sementes de linhaça para a carga de 400g
Devido à necessidade de retirar pequenas amostras de dentro do leito durante as corridas de secagem em leito fluidizado para a construção das curvas de cinética de secagem, conforme descrito no item 3.4, alterações fluidodinâmicas poderiam ocorrer. Desta forma, visando avaliar tais alterações foram construídas curvas características (Gráfico 15), à temperatura ambiente, com a massa remanescente (aproximadamente 215 g) dos experimentos conduzidos a 40, 60 e 80 oC.
111 Gráfico 15. Comportamento fluidodinâmico das sementes de linhaça para a carga
remanescente (215 g) da secagem em leito fluidizado
De acordo com o Gráfico 15 a velocidade de mínima fluidização não sofreu influência com a carga, tendo valor médio de 0,56 ± 0,01 m/s bem próxima ao valor encontrado para a velocidade de mínima fluidização para as cargas de 300, 400 e 500 g. Foi observado também o contato entre o sólido e o fluido favorecendo o movimento intenso das sementes sem formação de caminhos preferenciais, indicando assim que a retirada das amostras não alterou a fluidodinâmica do processo.
4.4. CINÉTICA DE SECAGEM EM LEITO FIXO E FLUIDIZADO PARA AS SEMENTES